ISG逆变器主电路设计

2011-05-29 16:05:27来源: 互联网

ISG 逆变器系统的总体结构如图2。整个逆变器系统主要包括功率主电路、控制电路和辅助电源三个部分。

图 2 逆变器系统结构框图
2.1 功率开关器件选型
本文所研制逆变器基于42V 的汽车电气系统, 逆变器交流侧的输出电流额定值为100Arms,对于这种低压大电流的应用场合,MOSFET 是非常合适的选择。MOSFET 相对于IGBT 而言,具有更小的导通电阻,因而导通损耗也就更小,能得到更大的变换器效率,这对于对体积和效率要求很高的汽车用ISG 逆变器而言,是个很大的优点。并且,MOSFET 的导通电阻具有正的温度系数,这使得MOSFET非常适于并联,不但可以得到更大的电流等级,而且还可以得到更小的导通电阻,进一步减小导通损耗。所以,本文选择MOSFET 做为主电路的功率开关器件。如上所述,在一个42V 的汽车电气系统中,

由功率半导体器件开关引起的电压尖峰典型值在75V 到100V 之间,所以功率器件的阻断电压Vdss 必须高于这个区间,并且考虑到下一阶段关于Z 源逆变器的研究,直流侧的电压将有一定的提升,所以,取MOSFET 的Vdss 为150V。交流侧的输出电流额定值为100Arms,考虑到ISG 起动时需要的大电流(本设计中为200A ) 及MOSFET 安全工作区和结温对MOSFET 过流能力的影响,取MOSFET 的电流等级为300A。为了充分利用MOSFET 的导通电阻具有正温度系数适于并联的特点,考虑采用MOSFET 并联,这样可以减小导通电阻,减少导通损耗,提高变换器效率。不仅如此,在这一应用中,采用单一的大尺寸MOSFET 成本较高,采用小尺寸MOSFET 并联可以降低成本,对价格很敏感的汽车工业而言是非常重要的。进一步考虑到逆变器系统总体结构设计的需要和将来功率的扩展,本文用6 个小功率的MOSFET 并联做为三相逆变桥的半个桥臂,这样,每个MOSFET 的电流等级选为50A 即可。经过对国内外主要半导体器件供应商产品的综合分析比较, 选定RENESAS 公司的FS50MS-3。

2.2 直流侧电容选型
主电容除了稳压外,还在蓄电池和逆变器之间起去藕的作用,为电机感性负载提供必要的无功功率。在ISG 逆变器这种电流较大、环境温度较高而体积又要求小的应用中,直流电容需要有较小的等效串联电阻(ESR)和电感(ESL),高纹波电流能力以及紧凑的体积。因直流电容起储能的作用,所以电容的容量必须比较大,按40μF /A 进行初选。直流侧电流为:

所以主电容容量在5300μF 左右。为了减小电
容的ESR 和ESL,除了选用低ESR 和ESL 的电容外,考虑用小容量电容并联来得到大容量的电容,并且小容量的电容体积小,对于空间的利用非常有利,可使结构更加紧凑。本文在每一对上下桥臂MOSFET 的两端都并联一个小容量的电解电容,这样的话,每相桥臂并联6 个电解电容,三相共18 个电解电容。5300μF电容分为18 个小容量的电容,则每个电容的容量约为295μF,考虑到实际电容的规格并留一定的裕量,选取470μF 的电解电容,则18 个电容的容量为8460μF。电压等级选与150VMOSFET 相当等级的160V。

2.3 缓冲电路设计
缓冲电路也称为吸收电路,在电力电子器件的应用中起着重要的作用。功率器件在开通时流过很大的电流,在关断时承受很大的电压;尤其在开关转换瞬间,电路中各种储能元件的能量释放会导致器件经受很大的冲击,有可能超过器件的安全工作区而导致损坏。附加各种缓冲电路, 可大大缓减器件在电路中承受的各种应力,设计合理的吸收电路还能降低器件的开关损耗、避免器件的二次击穿和抑制电磁干扰,提高电路的可靠性。
目前常见的逆变器桥臂缓冲电路有如下三种:
图3 A 所示缓冲电路直接在一个桥臂上下两个功率器件旁并联一个电容,这种缓冲电路适用于中小功率场合,对抑制瞬变电压非常有效且结构简单、成本较低。

图3 常见逆变器桥臂缓冲电路拓扑结构
而图3 B、C 缓冲电路适用于功率较大的场合,由于二极管的钳位作用,可抑制吸收电容和母线寄生电感之间的振荡,但结构相对复杂些。基于本文所设计的逆变器的功率等级,综合考虑装置的成本及设计的简易性,本文采用了图3A所示的缓冲电路。

关键字:逆变器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0529/article_9316.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
逆变器

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved